JP2001516322A - フッ化水素の分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、化学的混合物からフッ化水素を分離するのに好適な方法を提供するものである。更に具体的には、少なくとも１種の有機物質を含有する化学的混合物をフッ化水素バインダーと接触させることにより、フッ化水素をその化学的混合物から分離する方法を提供する。化学的混合物から分離されたフッ化水素は、フッ化水素バインダーから容易に回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 フッ化水素の分離方法 発明の分野 本発明は化学的混合物からフッ化水素を分離する方法に関する。更に具体的に は、フッ化水素と少なくとも１種の有機物質とを含有する化学的混合物からフッ 化水素を分離する方法が提供される。 発明の背景 フッ化水素は工業分野で種々のプロセスにおいて広く使用されている。例えば 、フッ化水素はフルオロカーボンの製造に使用されている。このようなプロセス では、フッ化水素を反応物および生成物から分離することが望ましい。しかし、 フッ化水素は種々の有機物質に極めて可溶であって、これらの物質と共沸混合物 を形成するので、これらプロセスでの分離は困難である。 有機物質からフッ化水素を分離するのに多数の方法が開発されている。例えば 、水を使用してフッ化水素−有機共沸組成物からフッ化水素を分離する方法が知 られている。しかし、この方法は、フッ化水素がフッ化水素の回収を困難にする 水との共沸組成物を形成するので不利である。 米国特許第５，３３６，８３２号明細書には、炭化水素流から、その流れをフ ッ化ナトリウムの床の上にそれを覆って流すことによって、フッ化水素を分離す る方法が開示される。この方法は、フッ化ナトリウム床からフッ化水素を放出さ せるのに高温が必要になる点でエネルギー集約的である。 他の既知の方法に、フッ化水素の分離を容易にするために硫酸、アルカリ土類 金属化合物、モレキュラーシーブ、蒸留および膜を使用する方法がある。しかし 、これら既知の方法は、各々、それらプロセスの運転が非効率的であったり、高 価であると言う点で不利である。したがって、従来法の不利を招かない、有機物 質からフッ化水素を分離する方法の必要が存在する。 発明と好ましい態様の説明 本発明は、フッ化水素と少なくとも１種の有機物質とを含有する化学的混合物 からフッ化水素を分離するための連続、断続またはバッチ法を提供するものであ る。本発明はフッ化水素を分離するための、好適な、コスト効率の高い方法を提 供する。 本発明の目的では、分離は、混合物からのフッ化水素の単離と、フッ化水素か らの不純物の除去の両方を包含する。本発明の目的には、有機物質としてクロロ フルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、ヒドロ フルオロカーボン、ヒドロカーボン、クロロカーボンのようなハロカーボン、フ ルオロエーテル、アルコール、ケトンおよびそれらの混合物が挙げられる。本発 明の方法に使用するのに最適の有機物質は、クロロフルオロカーボン、ヒドロク ロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロカ ーホン、クロロカーボンのようなハロカーボン、フルオロエーテルおよびそれら の混合物である。 本発明の方法は、次の： （Ａ）フッ化水素と少なくとも１種の有機物質とを含有する化学的混合物を、 酸塩とフッ化水素との液体混合物を含んでなるフッ化水素バインダーと、上記の 化学的混合物から抽出されたフッ化水素と上記のバインダーとの混合物とを含ん でなるバインダー相と有機相とを有する混合物を生成させるのに適した条件下で 接触させる工程、 （Ｂ）上記の混合物からバインダー相を分離する工程、および （Ｃ）上記の化学的混合物から抽出されたフッ化水素を上記のバインダー相か ら回収する工程 を含んでなる。本発明のもう１つの態様においては、バイター相の分離後に、そ のバインダー相がフッ化水素を必要とする反応で使用される。フッ化水素を必要 とする反応とは、フッ化水素が使用され、またはそれが反応物である任意の反応 を意味する。更にもう１つの態様においては、フッ化水素バインダーは工程（Ｃ ）に引き続いて工程（Ａ）にリサイクルされる。 本発明の方法は、任意の適当な耐食性容器中で行うことができる。本発明方法 の工程（Ａ）は、フッ化水素と少なくとも１種の有機物質を含有する化学的混合 物をフッ化水素バインダーと接触させることからなる。フッ化水素と有機物質と は共沸組成物を生成してもよい。更に、化学的混合物は液相でも気相でもよい。 接触は、この技術分野で公知の都合のよい任意の手段で行うことができる。例 えば、室温で液相の化学的混合物については、接触は上記の混合物を震盪または 攪拌することにより達成することができる。沸点が室温より低い化学的混合物に ついては、接触は、化学的混合物の蒸気をバインダーの上にそれを覆って、また はその中に通して通過させることにより行うことができる。バインダー自身はそ の最も揮発性の成分としてフッ化水素を含んでいるので、バインダーの蒸気圧は 主としてフッ化水素により発生し、それは温度の上昇と共に増大する。したがっ て、接触は、化学的混合物からフッ化水素の除去を最適にするために、約０℃か ら約２５℃までの温度で達成するのが好ましい。 工程（Ａ）における化学的混合物とフッ化水素バインダーとの接触は、次の２ 相、即ち（ｉ）化学的混合物から抽出されたフッ化水素とバインダーとの混合物 であるバインダー相と、（ii）有機相とを有する混合物を生成させる。初めは低 いバインダーのフッ化水素含量は、工程（Ａ）が進行するにつれて増加すること は明らかである。工程（Ａ）はフッ化水素バインダーの容量がその有効容量に近 くなるまで進行するのが好ましい。バインダーの容量は、フッ化水素がもはや目 的の濃度で化学的混合物から抽出されないことが確認されたときに、有効容量に 近くなっている。効率の見地から、工程（Ａ）は、工程（Ｃ）が促進されること になるバインダーの容量がその有効容量に近づくまで進行するのが好ましい。こ れは、バインダー中の抽出されたフッ化水素の重量％が低ければ低いほど、その 抽出フッ化水素をバインダーから除去するのに必要な温度がますます高くなるか らである。 工程（Ｂ）では、バインダー相が工程（Ａ）で生成した混合物から分離され、 そして、工程（Ｃ）において、化学的混合物から抽出されたフッ化水素がバイン ダー相から分離される。本発明方法の工程（Ｂ）において、バインダー相は、こ の技術分野で周知の任意の方法により工程（Ａ）の混合物から分離される。これ は、一般に、もし本発明の方法で使用するのに最適の有機物質がバインダー相に 不溶であるかほんの僅かしか溶けない非塩基性物質であるならば、容易に達成さ れる。当業者であれば、バインダー相中の有機物質の溶解度は、温度とバインダ ー相中のフッ化水素の重量パーセントの関数であることは認められるであろう。 本発明の方法に最適の有機物質では、約１０重量パーセント未満のバインダー相 中溶解度が容易に達成される。 化学的混合物から抽出されたフッ化水素は、バインダー相を加熱してフッ化水 素蒸気を放出させ、次いでそのフッ化水素蒸気を凝縮させることによって工程（ Ｃ）で回収される。フッ化水素の回収は、約１００℃またはそれ以下の温度で行 うことができる。圧力は決定的に重要と言う訳ではないけれども、その回収は、 フッ化水素の回収を容易にするために、減圧下で行うのが好ましい。更に、便利 さという観点からは工程（Ａ）〜（Ｃ）全体を通じて液体バインダーを維持する ことが望ましいから、液体バインダーを維持するためには、十分なフッ化水素が バインダー中に残留すべきことが好ましい。フッ化水素は、工程（Ｃ）で、バイ ンダー相中のフッ化水素が工程（Ａ）において使用される量とほぼ同じになるま で回収されるのが好ましい。 本発明の別の態様では、工程（Ｃ）において、工程（Ｂ）で分離されたバイン ダー相のフッ素有価物がフッ化水素を必要とする反応でバインダー相を使用する ことにより回収される。フッ化水素を必要とする典型的な反応として、限定する ものではないが、アルキル化反応とフッ素化反応が挙げられる。 本発明の方法で使用されるフッ化水素バインダーは酸塩とフッ化水素との液体 混合物であり、そのフッ化水素バインダーは、フッ化水素の化学的的性質を永久 に変えることなく、化学的流れの中のフッ化水素を抽出し、そして可逆的に結合 させることができる。フッ化水素バインダー中で使用するのに適した酸塩はｐＫ ａが約４またはそれ以下、好ましくは約０またはそれ以下であり、そして室温で 液体であってかつフッ化水素に可溶な酸の塩である。 適当な酸に、限定するものではないが、カルボン酸、スルホン酸、および硫酸 、リン酸、硝酸のような無機酸、並びにそれらの混合物がある。酸は、ジフルオ ロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ト ルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、硫酸 などであるのが好ましい。酸は、トリフルオロ酢酸、硫酸またはメタンスルホン 酸であるのが更に好ましい。酸塩の対イオンは、塩がフッ化水素に可溶である選 択された酸と塩を形成するいかなる対イオンであってもよい。フッ化水素に可溶 であるとは、酸塩がその重量の約１０倍またはそれ以下のフッ化水素に溶解する か、またはフッ化水素と均質な溶液を形成することを意味する。酸塩の対イオン は、アンモニウムカチオン、テトラメチル−若しくはテトラエチルアンモニウム カチオンのようなアルキルアンモニウムカチオン、またはアルカリ金属（第ＩＡ 族）カチオンであることができる。対イオンはアンモニウムカチオンであるのが 好ましい。好ましい酸塩は、トリフルオロ酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム およびメタンスルホン酸アンモニウムである。 本発明のフッ化水素バインダーを調製するために、酸塩を有効量のフッ化水素 に溶解する。それに代わって、酸塩の酸は、酸性フッ化物塩（bifluoride）およ びフッ化水素を一緒に混合することによって、酸塩を現場で生成させることもで きる。 当業者であれば認められるだろうように、化学的混合物からフッ化水素を除去 するバインダーの能力はバインダーのフッ化水素含量次第で決まり、従って低フ ッ化水素含量を有するバインダーが化学的混合物からのフッ化水素の分離に対し て最大の容量と効率を有する。それゆえ、溶解するのに極く少量のフッ化水素し か必要としない酸塩が好ましい。 バインダーで使用されているフッ化水素は、含水率が０．１％未満の市販の無 水フッ化水素である。同様に、酸塩は実質的に無水であるかまたは含水率が約１ ％以下であるものが好ましい。その塩のあるものは市販されている。このような 酸塩に代わって、乾燥剤や真空乾燥のような周知の乾燥技術のいずれかを使用す ることによって実質的に無水の酸塩も製造することができる。更に、目的の酸塩 が容易には入手できないかまたは高価である場合、その酸塩の酸を酸性フッ化物 塩と混合することによってそのような酸塩を製造することができる。 フッ化水素の有効量は、できるだけ少量で、しかも酸塩を溶解して酸塩とフッ 化水素の液体混合物であるバインダーを生成させるのに有効なそのような量であ るのが有利である。フッ化水素バインダーを調製するために使用されるフッ化水 素の具体的な量は、選ばれる酸塩に依存する。使用されるフッ化水素の量の下限 はフッ化水素中の選ばれた酸塩の溶解度に基づいて定まり、その溶解度は酸塩の フッ化水素中溶解度を評価または測定することによって容易に求めることができ る。一般に、約２０〜約８０重量％、好ましくは約２２〜約７０重量％のフッ化 水素が使用される。好ましい酸塩では、次の量のフッ化水素が好ましい：ＨＦ／ トリフルオロ酢酸アンモニウムバインダーでは約２４重量％のフッ化水素、ＨＦ ／メタンスルホン酸アンモニウムバインダーでは約２７重量％のフッ化水素、Ｈ Ｆ／硫酸アンモニウムバインダーでは約３３重量％のフッ化水素。 本発明は単なる例であることを意味する次の実施例を考察することによって更 に明瞭になるであろう。 実施例 実施例１ ＨＦ（１５．２ｇ）３４重量％と硫酸アンモニウム６６重量％よりなるバイン ダーを、ＨＦと混和可能な共沸混合物を形成するＣＦ₃ＣＦ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｆ２５． ３５ｇと接触させた。その上層を分離してそのＨＦ含量を滴定により定量した。 分析は、その有機層中のＨＦ重量％が０．０６％に過ぎないことを示した。 実施例１は、フッ化水素が本発明の方法で使用されたバインダーによりしっか り結合されることを証明している。 実施例２ ＨＦを１６．９重量％含有するＨＦ／ＣＦ₃ＣＦ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｆ混合物２８．２ ｇを（フッ素がＨＦとして存在すると仮定して、ＨＦ２６．１重量％等しい）酸 性フッ化アンモニウムとメタンスルホン酸の等モル量の第二の液体混合物３３． ９ｇと一緒に震盪した。この２相混合物を、それら相を分離させながら冷凍庫中 に貯蔵した。底部の有機層を分離してＨＦ含量を滴定により定量した。滴定は、 ＣＦ₃ＣＦ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｆ中のＨＦ含量がＨＦの除去率９８％に相当する０．３２ 重量％まで低下することを示した。 実施例３ 抽出されたＨＦのバインダー相からの回収をシミュレートするために、６０． ９重量％のＨＦと３９．１重量％のメタンスルホン酸アンモニウムとの混合物を 含有するシリンダーを、−７８℃に冷却した受器に連結した。その混合物を含有 するシリンダーを５０±５℃に４０分間加熱すると、その間にもとの混合物中に 存在するＨＦの４７％に相当する７．９ｇのＨＦが受器に移動した。 実施例４ フッ化物塩と酸との組み合わせがＨＦの広範囲の重量百分率にわたって均質溶 液を生じさせることを調べるために、定性的な溶解度試験を行った。トリフルオ ロ酢酸中の酸性フッ化アンモニウムのようなこれら混合物は、２モルのＨＦ中に 溶解した酸の塩、すなわちトリフルオロ酢酸アンモニウムであると考えることも できる。表１のデータは、フッ化物塩が約２５℃のさまざまな酸の中に完全に溶 解するか否かを示すものである。このデータは、アンモニウム塩がｐＫａ約０ま たはそれ以下の強酸に特に可溶であることを示している。フッ素の全てがＨＦと して存在すると仮定して、ＨＦの計算重量百分率は２３．４％であった。ｐＫａ ３．７５のギ酸はｐＫａ４．７５の弱酢酸よりも良溶媒であることがわかったが 、ｐＫａ約−３のメタンスルホン酸、ｐＫａ０．２のトリフルオロ酢酸またはｐ Ｋａ約−３の硫酸のような強酸ほどは良溶媒でないことがわかった。 ^*比は酸対塩のモル比であることを示す。 実施例４は、アンモニウム塩がｐＫａ約４またはそれ以下の強酸に特に可溶で あることを証明している。 実施例５ ２．２１ｇの２，６−ジクロロベンゾイルクロリドをシクロヘキサン５ｍＬに 溶解した。これに３．７ｇの６４重量％ＨＦ／３６重量％ＣＦ₃ＣＯＯＮＨ₄を添 加した。この２相系を室温で４時間激しく攪拌した。ガスクロマトグラフ分析は 、完全に転化したこと、および生成物のピークが１つであることを示した。この 混合物をシクロヘキサン５ｍＬを使用して希釈し、その上層を下層から分離した 。下層をシクロヘキサン５ｍＬで２回洗浄し、そのシクロヘキサン層を合わせ、 それを少量のＫＦで処理した。ＫＦを炉過した後、揮発物を真空下に除去すると 、純度９９％の２，３−ジクロロベイゾイルフルオリド１．８６ｇ（収率９２％ ）が得られた。 実施例５は２，６−ジクロロベンゾイルクロリドのフッ素化のためにバインダ ー相を使用することによってそれバインダー相からフッ素有価物が回収されるこ とを証明している。 実施例６ ２４．１重量％のＨＦと７５．９重量％のメタンスルホン酸アンモニウムから なるバインダーを調製した。ＨＦを０．４３重量％含有するＣＨ₃ＣＦＣｌ₂（Ｈ ＣＦＣ−１４１ｂ）とＨＦとの共沸混合物を調製し、１．００ｇの上記バインダ ーをその共沸混合物６１．９ｇと共に室温で１５分間攪拌した。ＨＣＦＣ−１４ １ｂ相中のＨＦ含量を滴定により定量すると、ＨＦ量はＨＣＦＣ−１４１ｂから のＨＦ除去率９５％に相当するＨＦ０．０２１重量％であった。ＨＦバインダー 相はＨＦを３９重量％含有すると計算された。 実施例６は、ＨＦ／ＨＣＦＣ共沸混合物からＨＦを分離するのに本発明のバイ ンダーが使用できることを証明している。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年７月２９日（１９９９．７．２９） 【補正内容】 １．明細書の［請求の範囲］を次のとおり補正します。 『１．次の： （Ａ）フッ化水素と少なくとも１種の有機物質を含有する化学的混合物を有効 量のフッ化水素および酸塩を含んでなるフッ化水素バインダーと、（ｉ）該化学 的混合物から抽出されるフッ化水素と該フッ化水素バインダーからなるバインダ -相と（ii）有機相とを有する混合物を生成させるのに適した条件下て、接触さ せる工程、 （Ｂ）工程（Ａ）で生成した混合物から該バインダー相を分離する工程、およ び （Ｃ）該化学的混合物から抽出されたフッ化水素を該バインダー相から回収す る工程 を含んでなる、該化学的混合物からフッ化水素を分離する方法。』

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： （Ａ）フッ化水素と少なくとも１種の有機物質を含有する化学的混合物を有効 量のフッ化水素および酸塩を含んでなるフッ化水素バインダーと、（ｉ）該化学 的混合物から抽出されるフッ化水素と該フッ化水素バインダーからなるバインダ ー相と（ii）有機相とを有する混合物を生成させるのに適した条件下で、接触さ せる工程、 （Ｂ）工程（Ａ）で生成した混合物から該バインダー相を分離する工程、およ び （Ｃ）該化学的混合物から抽出されたフッ化水素を該バインダー相から回収す る工程 を含んでなる、該化学的混合物からフッ化水素を分離する方法。 ２．工程（Ｃ）が、バインダー相をフッ化水素を必要とする反応で使用するこ とにより、工程（Ｂ）で分離されたバインダー相からフッ素有価物を回収するこ とを含んでなる、請求項１に記載の方法。 ３．バインダーを工程（Ｃ）に続いて工程（Ａ）にリサイクルする工程（Ｄ） を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。 ４．フッ化水素バインダーの有効量が該バインダーの全重量に基づいて約２０ 重量％から約８０重量％までの量である、請求項１に記載の方法。 ５．酸塩がトリフルオロ酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウムまたはメタンス ルホン酸アンモニウムである、請求項４に記載の方法。 ６．酸塩がトリフルオロ酢酸アンモニウムであり、そしてフッ化水素がバイン ダー全重量に基づいて少なくとも約２４重量％の量で存在している、請求項１に 記載の方法。 ７．酸塩が硫酸アンモニウムであり、そしてフッ化水素がバインダーの全重量 に基づいて少なくとも約３３重量％の量で存在している、請求項に１記載の方法 。 ８．酸塩がメタンスルホン酸アンモニウムであり、そしてフッ化水素がバイン ダーの全重量に基づいて少なくとも約２７重量％の量で存在している、請求項１ に記載の方法。 ９．フッ化水素を必要とする反応がフッ素化反応である、請求項２に記載の方 法。 １０．フッ化水素を必要とする反応がアルキル化反応である、請求項２に記載 の方法。